CN105673282A - 压力平衡阀式共轨喷油器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压力平衡阀式共轨喷油器，包括喷油器体、活塞杆、油嘴偶件、压力平衡阀偶件、电磁阀组件，喷油器体与电磁阀组件连接，压力平衡阀偶件与喷油器体连接，喷油器体与油嘴偶件连接，油嘴偶件包括针阀，喷油器体轴向中心设有阶梯状腔体，压力平衡阀偶件与活塞杆之间形成密封腔，喷油器体一侧设有凸起，在凸起上设有倾斜的喷油器体进油孔一，在进油孔一的下侧喷油器体进油孔二，喷油器体进油孔二与压力平衡阀偶件下部的储油腔连通；喷油器体与高压轨管连接，喷油器体进油口与上部内孔连通，上部内孔通过节流孔与密封腔连接，上部内孔的上部设有阀座安装孔，阀座安装孔与压力平衡阀偶件配合；活塞杆上部的密封面的直径大于针阀交线的直径。

Description

压力平衡阀式共轨喷油器

技术领域

本发明涉及一种汽车内燃机使用的燃油喷射系统，尤其涉及一种压力平衡阀式共轨喷油器。

背景技术

当今，不论从“国家十三五规划”目标---节能减排，还是从“中国制造2025”重点目标(突破关键零部件制造之柴油机喷射压力达到2000bar)来说，对高压共轨燃油喷射系统性能提出了更高的要求，唯有进一步提高系统喷射压力P，增加多次喷射能力，方能满足严苛的排放法规。

现有的高压共轨电控喷油器，如图1，图2，图9所示的结构，高压燃油经过喷油器体301上的高压接头302中缝隙式滤芯303后，燃油分二路，一路经节流小孔304进入容积腔305，一路经长长进油孔306进入油嘴进油孔320，到达油嘴内腔321。容积腔306是由活塞杆307与套筒308内端封闭形成的空腔。容积腔306的高压燃油经通道309和节流小孔310进入控制腔317。当电磁阀311未得电时，电磁阀弹簧312的预加载荷力F，通过阀芯313、球座314将密封球315紧紧压到密封锥面上，要求F≥P*S。此时针阀关闭；当电磁阀311得电时，在电磁力作用下，衔铁316克服弹簧力F，将阀芯313抬起，球阀开启，控制腔317中高压燃油经过渡腔318，到达回油腔319，回油腔319通过未示出的回油孔与回油管相通。此时针阀开启，开始喷油。

现有的高压共轨电控喷油器，采用球阀密封结构，球阀密封直径为802,在提高系统喷射压力P，增加多次喷射能力方面会互相牵制，因为要想提高系统压力P，由于P＝F/S公式，在弹簧力F不变情况下，就要减小密封直径；然而减小密封直径，会导致在同样的升程情况下，控制燃油流通开口区域面积会变小，这样会影响喷油器的喷射率；为了优化喷射率，就需要增加升程量；增加升程量又会抑制多次喷射能力。因此现有技术的高压燃油喷射系统中不能够很好地解决既要进一步提高系统喷射压力P，又要增加多次喷射能力的难题。

发明内容

本发明的目的就是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种压力平衡阀式共轨喷油器；本发明能够承载更高的系统压力(2000bar)，具有实现早喷、预喷、两次主喷、后喷等多次喷射能力，能够减小整个高压腔的压力波动，解决了现有技术的高压燃油喷射系统中既要进一步提高系统喷射压力P，又要增加多次喷射能力的难题。

本发明解决技术问题的技术方案为：

一种压力平衡阀式共轨喷油器，包括喷油器体、活塞杆、油嘴偶件、压力平衡阀偶件、电磁阀组件，所述喷油器体上部与电磁阀组件的下部连接，压力平衡阀偶件下部与喷油器体上部连接，喷油器体下部与油嘴偶件连接，油嘴偶件包括针阀，所述喷油器体轴向中心设有从上到下直径依次变小的阶梯状腔体，所述阶梯状腔体由上下不同直径的内孔连接组合而成，压力平衡阀偶件与活塞杆之间形成密封腔，所述喷油器体靠近上部的阶梯孔一侧设有凸起，在凸起上设有与阶梯状腔体的上部内孔连通的倾斜的喷油器体进油孔一，在进油孔一的下侧设有倾斜的喷油器体进油孔二，所述喷油器体进油孔二与压力平衡阀偶件下部的阶梯状腔体中部的储油腔连通；所述喷油器体通过接头、喷油器体进油口与高压轨管连接，所述喷油器体进油口通过喷油器体进油孔与上部内孔连通，所述上部内孔通过压力平衡阀偶件上的节流孔与密封腔连接，所述上部内孔的上部设有阀座安装孔，所述阀座安装孔与压力平衡阀偶件配合；所述活塞杆上部的密封面的直径大于针阀交线的直径。

所述压力平衡阀偶件包括阀体、阀芯、导向销，所述阀体包括上部的阀座、下部的限位套，所述阀座与阀座安装孔配合，限位套的下部为圆锥体，所述圆锥体与阶梯状上部腔体的下部内表面密封配合，所述阀体的阀座底部位置与喷油器体形成密封配合，阶梯状上部腔体形成一个密封空间，圆锥体将阶梯状上部腔体与阶梯状下部腔体密封隔离，阀体上端部设有上部开口，在上部开口设有轴向定位套，轴向定位套外圆柱面设有外螺纹，喷油器体的上部开口设有内螺纹，轴向定位套与喷油器体通过螺纹连接，所述阀座上部的轴向内孔与阀芯大外圆柱面配合，阀芯外圆与阀座轴向内孔为间隙配合，所述阀体的阀座的上端面与阀芯的下端面位置形成密封配合，在密封配合位置的直径形成平衡阀密封直径，所述轴向内孔在靠近底部位置设有径向的卸油孔，所述轴向定位套的内孔与阀座外圆之间设有环形间隙，所述电磁阀组件包括相连接的电磁阀、衔铁，阀芯的上部与衔铁连接，所述环形间隙的上部与电磁阀的出油孔相通，所述导向销设于阀芯的轴向内孔中，阀芯的轴向内孔与导向销外圆柱面采用紧间隙配合；

所述导向销上端位于电磁阀下部的轴向槽中，所述导向销的下端设有直径小的密封端，所述密封端与出油孔上部间隙配合，所述出油孔的下部与节流孔连接，节流孔与导流孔连接，导流孔与密封腔连接，所述密封腔位置的限位套设有径向进油孔，所述径向进油孔与喷油器体进油口连接，所述阀芯与电磁阀的衔铁连接，所述导向销上套装有弹簧一，衔铁上端面与压缩弹簧一下端连接，弹簧一上端与电磁阀的弹簧限位端连接；

在限位套位置的阀体设有下部轴向孔，所述活塞杆的上部与下部轴向孔配合，活塞杆上部与阀座下部形成密封腔，活塞杆的下端穿过阶梯状下部腔体后与油嘴偶件的针阀上端配合接触，所述针阀设于阀套的内孔中，所述阀套上部与喷油器体下部连接，阀套内孔中设有压缩弹簧二，弹簧二套装在针阀的上部，弹簧二下端与针阀的凸台连接，弹簧二的上端与喷油器体的底部端面接触，通过喷油器体的底部端面轴向限位。

所述平衡阀密封直径803为现有结构中球阀密封直径802的2-3倍。

所述阀座上端中孔与阀芯外圆采用粗间隙配合，此处只起导向作用，不起密封作用；

所述阀芯中孔与导向销外圆采用紧间隙配合，此处起密封作用；

所述阀芯与衔铁激光焊接成一体结构的动磁铁，衔铁的端面焊接后加工使平面度在设定的范围内。

所述导向销在出油孔内的上下移动的有效升程为0.46～0.52mm。

本发明的有益效果：

1.本发明采用所述活塞杆上部端面的直径大于针阀交线的直径，活塞杆产生的向下的压力大于针阀产生的向上的压力，能够承载更高的系统压力(2000bar)，具有实现早喷、预喷、主喷、后喷及补喷等多次喷射能力，能够减小整个高压腔的压力波动，解决了现有技术的高压燃油喷射系统中既要进一步提高系统喷射压力P，又要增加多次喷射能力的难题。

2.本发明采用的压力平衡阀偶件、喷油器体、油嘴偶件、电磁阀组件形成完整的创新结构，其中阀芯外圆与阀座轴向内孔为间隙配合、起到导向作用，阀体的阀座的上端面与阀芯的下端面位置能够形成封闭性好的密封配合，阀芯的轴向内孔与导向销外圆柱面采用紧间隙配合，要求泄漏量小、起密封作用；导向销的下端设有直径小的密封端，所述密封端与出油孔上部间隙配合，保证动作精确可靠。通过采用压力平衡阀结构，使得阀芯在高压燃油作用下处于自平衡状态，实现了系统压力的增加不再受密封直径及弹簧一预加载荷的限制，同时实现了在提高系统喷射压力P的条件下具有多次喷射能力，大大优化和提高了燃油喷射率。

3.通过平衡阀密封直径为球阀密封直径的2-3倍，使得在同样升程情况下，燃油流通面积增加，提高燃油的喷射率；同时在单位时间内燃油流通量增加的情况下，可适当的减小升程，从而优化喷油器的快速响应，实现了多次喷射的可靠性。

4.喷油器体设有储液腔，降低了由喷油引起的轨压波动。可保证多次喷射的精确性和一致性，使两次喷射间隙控制在200us之内，同时引入储液腔，最小化了嘴端压力损失，消除了系统静态泄漏，减少了系统动态泄漏，使喷油器体承受更高的系统压力。

5.阀芯与电磁阀组件的衔铁激光焊接成一体、作力动磁铁，衔铁的端面焊接后加工使平面度在设定的范围内保证。

附图说明

附图说明：

图1为现有技术共轨喷油器结构示意图；

图2为图1结构局部放大图；

图3为本发明电控喷油器结构示意图；

图4为图3的上部的结构局部放大图；

图5为图3A的局部放大图；

图6为图3B的局部放大图；

图7为压力平衡阀偶件的结构及连接关系示意图；

图8为图7的C局部放大图；

图9为现有结构图1中球阀密封直径放大图；

图10为本发明图4中平衡阀密封直径放大图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如图3至图8，图10所示，一种压力平衡阀式共轨喷油器，包括喷油器体2、活塞杆6、油嘴偶件、压力平衡阀偶件、电磁阀组件，所述喷油器体2上部与电磁阀组件的下部连接，压力平衡阀偶件下部与喷油器体2上部连接，喷油器体2下部与油嘴偶件连接，油嘴偶件包括针阀3，所述喷油器体2轴向中心设有从上到下直径依次变小的阶梯状腔体，所述阶梯状腔体由上下不同直径的内孔连接组合而成，压力平衡阀偶件与活塞杆6之间形成密封腔4，所述喷油器体2靠近上部的阶梯孔一侧设有凸起212，在凸起上设有与阶梯状腔体的上部内孔214连通的倾斜的喷油器体进油孔一211，在进油孔一211的下侧设有倾斜的喷油器体进油孔二216，所述喷油器体进油孔二216与压力平衡阀偶件下部的阶梯状腔体中部的储油腔213连通；在所述喷油器体2通过接头、喷油器体进油口210与高压轨管1连接，所述喷油器体进油口210通过喷油器体进油孔211与上部内孔214连通，所述上部内孔214通过压力平衡阀偶件上的节流孔与密封腔4连接，所述上部内孔214的上部设有阀座安装孔215，所述阀座安装孔215与压力平衡阀偶件配合；所述活塞杆6上部的密封面61的直径大于针阀3交线40的直径、阀密封的直所以活塞杆产生的向下的压力大于针阀产生的向上的压力，此时针阀处于闭合状态。

压力平衡阀偶件包括阀体7、阀芯12、导向销14，所述阀体7包括上部的阀座13、下部的限位套75，所述阀座13与阀座安装孔215配合，限位套75的下部为圆锥体77，所述圆锥体与阶梯状上部腔体214的下部内表面密封配合，所述阀体7的阀座13底部位置与喷油器体2形成密封配合，使得阶梯状上部腔体214形成一个密封空间，通过圆锥体77将阶梯状上部腔体214与阶梯状下部腔体213密封隔离，阀体7上端部设有上部开口，在上部开口设有轴向定位套34，轴向定位套34外圆柱面设有外螺纹，喷油器体2的上部开口设有内螺纹，轴向定位套34与喷油器体2通过螺纹连接，所述阀座13上部的轴向内孔与阀芯12大外圆柱面配合，阀芯12外圆与阀座13轴向内孔为间隙配合，仅起导向作用，所述阀体7的阀座13的上端面与阀芯12的下端面位置121能够形成封闭性好的密封配合，在密封配合位置的直径形成平衡阀密封直径，所述轴向内孔在靠近底部位置设有径向的卸油孔10，所述轴向定位套34的内孔与阀座13外圆之间设有环形间隙35，所述卸油孔10与环形间隙35连通，所述电磁阀组件包括相连接的电磁阀5、衔铁8，阀芯12的上部与衔铁8连接，所述环形间隙35的上部与电磁阀的出油孔连通，所述导向销14设于阀芯12的轴向内孔中，阀芯12的轴向内孔与导向销14外圆柱面采用紧间隙配合，要求泄漏量小、起密封作用，间隙为0.0025～0.004mm。

根据需要，所述平衡阀密封直径可以为球阀密封直径的2倍，2.5倍，或者3倍。使得在同样升程情况下，燃油流通面积增加，提高燃油的喷射率。

所述导向销14上端位于电磁阀下部的轴向槽中，所述导向销14的下端设有直径小的密封端141，所述密封端141与出油孔15上部间隙配合，所述出油孔的下部与节流孔72连接，节流孔72与导流孔73连接，导流孔与密封腔4连接，所述密封腔4位置的限位套设有径向进油孔76，所述径向进油孔76与喷油器体进油口210连接，所述阀芯12与电磁阀5的衔铁8连接，所述导向销14上套装有弹簧一9，衔铁8上端面与压缩弹簧一9下端连接，弹簧一9上端与电磁阀5的弹簧限位端连接。导向销14的外圆给弹簧起导向作用。

在限位套位置的阀体7设有下部轴向孔，所述活塞杆6的上部与下部轴向孔配合，活塞杆6上部与阀座13下部形成密封腔4，活塞杆6的下端穿过阶梯状下部腔体213后与油嘴偶件的针阀3上端配合接触，所述针阀3设于阀套31的内孔中，所述阀套31上部与喷油器体2下部通过螺纹配合连接，阀套内孔中设有压缩弹簧二131，弹簧二套装在针阀3的上部，弹簧二下端与针阀的凸台32连接，弹簧二的上端与喷油器体2的底部端面接触，通过喷油器体2的底部端面轴向限位。

所述导向销14的密封端141与出油孔15采用间隙配合，间隙为0.015～0.020mm，出油孔对导向销仅起导向作用。所述阀芯12与电磁阀组件的衔铁8激光焊接成一体、作力动磁铁，衔铁大端面焊接后加工，平面度要求0.005um之内；衔铁8与电磁阀吸合行程h2为0.08～0.09mm；衔铁8抬升高度h1为0.025～0.035mm。

所述导向销14在出油孔内的上下移动的有效升程h3为0.46～0.52mm。

本发明的工作过程和原理说明：

当电磁阀5在汽车电子控制单元ECU的控制下通电，压力平衡阀上的衔铁8在电磁力的作用下，克服电磁阀上的弹簧一9的弹簧力向上抬起，导向销向上移动，带动阀芯12向上移动，从而带动压力平衡阀打开，高压燃油从阀座上的卸油孔10流出，通过电磁阀处未示出回油孔回油箱。密封腔内4的压力就会下降，这时作用在针阀3上的向上的作用力大于活塞杆6向下的作用力，针阀在高压燃油的作用下向上抬起，燃油流经喷孔产生高压喷射。

当电磁阀5在ECU控制下断电后，在弹簧一9作用下压力平衡阀的阀芯12落座，密封腔内又重新建立起高压，在弹簧二131力和活塞杆6的作用下针阀关闭，喷油结束。由于ECU的精确控制，共轨喷油器可以在一个工作循环内完成多次喷射。

工作时，来自高压轨管1的高压燃油经过未示出的进油接头进入喷油器体2，高压燃油分为两路，一路燃油下行，经下行管路作用于针阀3锥面上；另一路燃油上行，经上行管路进入形成高压的密封腔4。

当电磁阀5在不通电的状态时，密封腔内作用于活塞杆6上向下的压强同针阀偶件内作用于针阀3上向上的压强相同。由于活塞杆6端面的直径大于针阀3交线的直径，所以活塞杆产生的向下的压力大于针阀产生的向上的压力，此时针阀处于闭合状态；当高压燃油到达密封腔4，由于活塞杆6外圆与阀座13内孔形成密封，阀芯12在弹簧一下作用下，紧紧压在阀座13内端面上，形成控制腔15。此时高压燃油对阀芯12产生向上、向下作用力，将阀芯内部结构设计为作用力的承压面积相同，所以高压燃油对阀芯12作用力相互平衡。

阀芯12外圆与阀座13中孔设计为间隙配合，仅起导向作用并减少相对移动时的摩擦阻力，间隙为0.015～0.020mm。阀芯12中孔与导向销14外圆设计为紧间隙配合，要求泄漏量小，起密封作用，间隙为0.0025～0.004mm.

所述阀芯12外圆柱面及下部与阀座配合接触的密封端面设有涂层。通过涂层处理能够减少磨损，增加耐用度。

本发明与现有技术相比，具有以下的优点：

1.本发明中的压力平衡阀结构，关键点在于阀芯在高压燃油作用下处于自平衡状态，因此系统压力的增加，不再受密封直径及弹簧一预加载荷的限制；

2.由于密封直径增加，约为球阀密封直径的三倍，在同样升程情况下，燃油流通面积增加，提高燃油的喷射率；

3.在单位时间内燃油流通量增加的情况下，可适当的减小升程，从而可以优化喷油器的快速响应，使多次喷射成为可能；

4.喷油器体储液腔设计，降低了由喷油引起的轨压波动。可保证多次喷射的精确性和一致性，使俩次喷射间隙控制在200us之内，同时引入储液腔，最小化了嘴端压力损失，减少导向泄漏，使喷油器体承受更高的系统压力。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种压力平衡阀式共轨喷油器，包括喷油器体、活塞杆、油嘴偶件、压力平衡阀偶件、电磁阀组件，其特征是，所述喷油器体上部与电磁阀组件的下部连接，压力平衡阀偶件下部与喷油器体上部连接，喷油器体下部与油嘴偶件连接，油嘴偶件包括针阀，所述喷油器体轴向中心设有从上到下直径依次变小的阶梯状腔体，所述阶梯状腔体由上下不同直径的内孔连接组合而成，压力平衡阀偶件与活塞杆之间形成密封腔，所述喷油器体靠近上部的阶梯孔一侧设有凸起，在凸起上设有与阶梯状腔体的上部内孔连通的倾斜的喷油器体进油孔一，在进油孔一的下侧设有倾斜的喷油器体进油孔二，所述喷油器体进油孔二与压力平衡阀偶件下部的阶梯状腔体中部的储油腔连通；所述喷油器体通过接头、喷油器体进油口与高压轨管连接，所述喷油器体进油口通过喷油器体进油孔与上部内孔连通，所述上部内孔通过压力平衡阀偶件上的节流孔与密封腔连接，所述上部内孔的上部设有阀座安装孔，所述阀座安装孔与压力平衡阀偶件配合；所述活塞杆上部的密封面的直径大于针阀交线的直径。

2.如权利要求1所述的压力平衡阀式共轨喷油器，其特征是，所述压力平衡阀偶件包括阀体、阀芯、导向销，所述阀体包括上部的阀座、下部的限位套，所述阀座与阀座安装孔配合，限位套的下部为圆锥体，所述圆锥体与阶梯状上部腔体的下部内表面密封配合，所述阀体的阀座底部位置与喷油器体形成密封配合，阶梯状上部腔体形成一个密封空间，圆锥体将阶梯状上部腔体与阶梯状下部腔体密封隔离，阀体上端部设有上部开口，在上部开口设有轴向定位套，轴向定位套外圆柱面设有外螺纹，喷油器体的上部开口设有内螺纹，轴向定位套与喷油器体通过螺纹连接，所述阀座上部的轴向内孔与阀芯大外圆柱面配合，阀芯外圆与阀座轴向内孔为间隙配合，所述阀体的阀座的上端面与阀芯的下端面位置形成密封配合，在密封配合位置的直径形成平衡阀密封直径，所述轴向内孔在靠近底部位置设有径向的卸油孔，所述轴向定位套的内孔与阀座外圆之间设有环形间隙，所述电磁阀组件包括相连接的电磁阀、衔铁，阀芯的上部与衔铁连接，所述环形间隙的上部与电磁阀的回油孔相连通，所述导向销设于阀芯的轴向内孔中，阀芯的轴向内孔与导向销外圆柱面采用紧间隙配合；

所述导向销上端位于电磁阀下部的轴向槽中，所述导向销的下端设有直径小的密封端，所述密封端与出油孔上部间隙配合，所述出油孔的下部与节流孔连接，节流孔与导流孔连接，导流孔与密封腔连接，所述密封腔位置的限位套设有径向进油孔，所述径向进油孔与喷油器体进油口连接，所述阀芯与电磁阀的衔铁连接，所述导向销上套装有弹簧一，衔铁上端面与压缩弹簧一下端连接，弹簧一上端与电磁阀的弹簧限位端连接；

在限位套位置的阀体设有下部轴向孔，所述活塞杆的上部与下部轴向孔配合，活塞杆上部与阀座下部形成密封腔，活塞杆的下端穿过阶梯状下部腔体后与油嘴偶件的针阀上端配合接触，所述针阀设于阀套的内孔中，所述阀套上部与喷油器体下部连接，阀套内孔中设有压缩弹簧二，弹簧二套装在针阀的上部，弹簧二下端与针阀的凸台连接，弹簧二的上端与喷油器体的底部端面接触，通过喷油器体的底部端面轴向限位。

3.如权利要求2所述的压力平衡阀式共轨喷油器，其特征是，所述平衡阀密封直径为球阀密封直径的2-3倍。

4.如权利要求2所述的压力平衡阀式共轨喷油器，其特征是，所述导向销的密封端与出油孔采用间隙配合。

5.如权利要求2所述的压力平衡阀式共轨喷油器，其特征是，所述阀芯与电磁阀组件的衔铁激光焊接成一体结构的动磁铁，衔铁的端面焊接后加工使平面度在设定的范围内。

6.如权利要求2所述的压力平衡阀式共轨喷油器，其特征是，所述导向销在出油孔内的上下移动的有效升程为0.46～0.52mm。